JP2019019532A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに回動自在に連結された２つの部材の絶対位置を、設置自由度の高い相対回動角度検出装置を用いて精度よく検出することが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】油圧ショベル１は、下部走行体１１及び上部旋回体１２と、下部走行体１１の角速度ω１を検出する第１角速度センサ４１と、上部旋回体１２の角速度ω２を検出する第２角速度センサ４２と、演算装置５と、を備え、演算装置５は、第１角速度ω１及び第２角速度ω２に基づいて、下部走行体１１と上部旋回体１２との相対旋回角度θを演算する演算部５２と、演算された相対旋回角度を所定の角度に補正する補正部５３と、第１角速度ω１及び第２角速度ω２が０となったときに逐次、演算され又は補正された相対回動角度を記憶する記憶部５４と、を含み、演算部５２は、電気系統がオフからオンに切り換わったときに記憶部５４に記憶されている直近の相対回動角度を演算に用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、作業機械に関する。

従来、下部走行体と、下部走行体にセンタジョイントを介して旋回可能に設けられた上部旋回体と、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度装置と、を備えた作業機械が知られている。

例えば、特許文献１には、作業機械としての油圧ショベルに搭載された旋回角度検出装置が開示されており、この旋回角度検出装置は、レーザ光を利用した距離センサと、当該距離センサから投射されたレーザ光を反射する反射板と、距離センサで測定した距離センサと反射板との距離に基づいて下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度θを算出する旋回角度演算コントロールユニットと、を備えている。反射板は、旋回角度θに応じて距離センサとの距離が一意的に定まるように、センタジョイント（旋回輪）の回転軸を中心として取り付けられた螺旋状の板部材であり、当該反射板で反射したレーザ光を距離センサで受信することで、旋回角度θを一意的に直接算出することが可能となっている。

また、特許文献２には、走行体に旋回角速度センサを設けて、当該旋回角速度センサの出力に基づいて走行体の旋回角を検出する走行体の旋回角検出装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、作業機械としてのクレーンに搭載され、クレーンの旋回スイングに突設したリセット用ブロックが、当該旋回スイングに対向して設けられた近接スイッチに近接したときにこれを検知して、計測誤差の累積を補正する検出値補正機能を有する旋回角度検出器が開示されている。この旋回角度検出器では、リセット用ブロックが近接スイッチに近接したことを検知する度に、常時旋回スイングの絶対位置を検出することによって絶対角度を得ることができる。

特開２００８−２１４９９７号公報 特許第２６５３７１５号 実公平４−１６１６９号公報

特許文献１に記載の旋回角度検出装置では、下部走行体に対する上部旋回体の一意的な旋回角度θを直接的に算出するものであることから、距離センサ及び反射板は、上部旋回体の旋回中心となるセンタジョイントの回転軸を中心として配設される必要がある。しかしながら、センタジョイントの周辺には油圧配管等が非常に多く配設されているため、距離センサ及び反射板を配設する場所には制約がある。

特許文献２に記載の旋回角検出装置では、旋回角速度センサを用いて旋回角を検出していることから、センサを設置する場所の自由度は高くなるが、一方、角速度センサを用いた場合には、ドリフトの発生により検出値が時間とともにずれてしまうといった問題がある。

特許文献３に記載の旋回角度検出器では、リセット用ブロックが近接スイッチに近接したことを検知した場合に、計測誤差の累積を補正すると共に、旋回スイングの絶対位置を検出して絶対角度を得ることが可能であるが、一方、リセット用ブロックが近接スイッチに近接したことを検知したタイミングでしか旋回スイングの絶対位置を検出しない。そのため、例えばリセット用ブロックが近接スイッチに近接せずにクレーンのエンジンが停止した場合、その次にクレーンを稼働させた時には、旋回スイングの正確な絶対位置が分からなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、互いに回動自在に連結された２つの部材の絶対位置を、設置自由度の高い相対回動角度検出装置を用いて精度よく検出することが可能な作業機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、互いに回動自在に連結された第１基材及び第２基材を備えた作業機械であって、前記第１基材に搭載されて、前記第１基材の角速度を検出する第１角速度センサと、前記第２基材に搭載されて、前記第２基材の角速度を検出する第２角速度センサと、前記第１基材及び前記第２基材のうちの一方の側に設けられた検出対象と、前記第１基材及び前記第２基材のうちの他方の側に設けられ、前記検出対象を検出する検出素子と、演算装置と、を有し、前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度が所定の角度になると、前記検出素子は前記検出対象を検出して検出信号を出力し、前記演算装置は、前記第１角速度センサの検出値及び前記第２角速度センサの検出値に基づいて、前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度を演算する演算部と、前記検出素子が前記検出対象を検出して前記検出信号を出力したときに、前記演算部で演算された相対回動角度の値を前記所定の角度に補正する補正部と、前記第１角速度センサの検出値及び前記第２角速度センサの検出値がそれぞれ０となったときに逐次、前記演算部で演算された相対回動角度又は前記補正部で補正された相対回動角度を記憶する記憶部と、を含み、前記演算部は、前記作業機械の電気系統がオフからオンに切り換わったときに前記記憶部に記憶されている直近の相対回動角度を読み出して、前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度の演算に用いることを特徴とする作業機械を提供する。

本発明によれば、互いに回動自在に連結された２つの部材の絶対位置を、設置自由度の高い相対回動角度検出装置を用いて精度よく検出することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの一構成例を示す側面図である。 運転室内の一構成例を説明する説明図である。 油圧ショベルにおける演算装置周辺の電気的な接続関係を示す模式図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、近接スイッチとレバー片との位置関係について説明する図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、近接スイッチの配置の一例を示す模式図である。 演算装置が有する機能を示す機能ブロック図である。 演算装置で実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図８Ａ〜Ｄは、油圧ショベルの走行方向及び上部旋回体の向きを示す画像の例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態に係る作業機械の一態様として、油圧ショベルについて説明する。

＜油圧ショベル１の構成＞
まず、油圧ショベル１の構成について、図１〜３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の一構成例を示す側面図である。図２は、運転室１２１内の一構成例を説明する説明図である。図３は、油圧ショベル１における演算装置５周辺の電気的な接続関係を示す模式図である。

油圧ショベル１は、路面を走行するための下部走行体１１と、下部走行体１１の上方にセンタジョイント６（図３参照）を介して旋回可能に連結された上部旋回体１２と、上部旋回体１２に俯仰動可能に連結されて掘削等の作業を行うフロント作業機１３と、を備えている。

下部走行体１１は、その左右にそれぞれ配置されたクローラ１１１と、各クローラ１１１を回転駆動させるための左右の各走行モータ１１２と、を有している。油圧ショベル１は、各走行モータ１１２の駆動力により各クローラ１１１を独立して回転駆動させ、地面に接触させた状態で走行する。なお、図１では、左右の各クローラ１１１及び各走行モータ１１２のうち、左側のみを図示している。

上部旋回体１２は、その前部に配置されて、オペレータが搭乗する運転室１２１と、後部に配置されて、フロント作業機１３とのバランスを保つためのカウンタウェイト１２２と、運転室１２１とカウンタウェイト１２２との間に配置されて、エンジンや油圧ポンプ等の機器類を内部に収容する機械室１２３と、を備えている。上部旋回体１２は、不図示の旋回モータの駆動力によって下部走行体１１に対して旋回する。

センタジョイント６は、下部走行体１１と上部旋回体１２との間における回転継手である。図３に概略を示すように、センタジョイント６は、外側継手部となる筒形ボディ６１と、この筒形ボディ６１内に相対可能に挿嵌された内側継手部となるスピンドル６２と、を有している。本実施形態では、筒形ボディ６１が上部旋回体１２の旋回フレーム１２０（図４Ａ及び図４Ｂ参照）に、スピンドル６２が下部走行体１１の側に、それぞれ固定されている。

センタジョイント６がこのような構成を有することにより、上部旋回体１２が旋回したときに内部を通る油圧配管（ホース）が捻じれるのを防いで、上部旋回体１２の機械室１２３に収容された油圧ポンプから吐出した作動油を下部走行体１１の各走行モータ１１２へ通すことができる。

フロント作業機１３は、基端部が上部旋回体１２に回動可能に取り付けられたブーム３１と、ブーム３１の先端部に回動可能に取り付けられたアーム３２と、アーム３２の先端部に回動可能に取り付けられたバケット３３と、を備えている。ブーム３１は、上部旋回体１２に対して上下方向に回動（俯仰）し、アーム３２は、ブーム３１に対して前後方向に回動する。

バケット３３は、アーム３２に対して前後方向に回動し、土砂等の荷を掬い上げて所定の位置に荷を下ろすものである。このバケット３３は、例えば、木材や岩石、廃棄物等を掴むグラップルや、岩盤を掘削するブレーカ等のアタッチメントに変更することが可能である。これにより、油圧ショベル１は、作業内容に適したアタッチメントを用いて、掘削や破砕等を含む様々な作業を行うことができる。

また、フロント作業機１３は、上部旋回体１２とブーム３１とを連結するブームシリンダ３１Ａと、ブーム３１とアーム３２とを連結するアームシリンダ３２Ａと、アーム３２とバケット３３とを連結するバケットシリンダ３３Ａと、これらの各シリンダ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａへ作動油を導くための複数の配管（不図示）と、を有している。

ブームシリンダ３１Ａは、ロッドが伸縮することによってブーム３１を上部旋回体１２に対して回動させる。アームシリンダ３２Ａは、ロッドが伸縮することによってアーム３２をブーム３１に対して回動させる。バケットシリンダ３３Ａは、ロッドが伸縮することによってバケット３３をアーム３２に対して回動させる。

これらブームシリンダ３１Ａ、アームシリンダ３２Ａ、及びバケットシリンダ３３Ａ、ならびに走行モータ１１２及び旋回モータはそれぞれ、油圧ポンプから供給される作動油によって駆動する油圧アクチュエータの一態様である。

図２に示すように、上部旋回体１２の運転室１２１には、オペレータが着座する運転席２１と、フロント作業機１３及び上部旋回体１２を操作するための左右一対の操作レバー２２Ｌ，２２Ｒと、下部走行体１１を操作するための左右一対の走行ペダル２３Ｌ，２３Ｒ及び走行レバー２４Ｌ，２４Ｒと、油圧ショベル１の姿勢や状態等をモニタリングするためのディスプレイ２５と、が設けられている。

例えば、運転席２１に着座したオペレータの左側に設けられた左側操作レバー２２Ｌがアーム３２及び上部旋回体１２の操作、すなわちアームシリンダ３２Ａ及び旋回モータの駆動に対応し、右側に設けられた右側操作レバー２２Ｒがブーム３１及びバケット３３の操作、すなわちブームシリンダ３１Ａ及びバケットシリンダ３３Ａの駆動に対応している。

運転席２１の前方左側の走行ペダル２３Ｌ及び走行レバー２４Ｌは、左側のクローラ１１１の駆動に対応し、前方右側の走行ペダル２３Ｒ及び走行レバー２４Ｒは、右側のクローラ１１１の駆動に対応しており、状況に応じて足又は手で操作することが可能となっている。例えば、左右の走行ペダル２３Ｌ，２３Ｒを同時に踏み込むと油圧ショベル１は直進し、左右の走行ペダル２３Ｌ，２３Ｒの踏み込みに差をつけると油圧ショベル１は操向（曲進）し、左右の走行ペダル２３Ｌ，２３Ｒを逆に踏むことでスピンターンを行うことができる。

また、油圧ショベル１は、図３に示すように、下部走行体１１の内部（外部に露出しない内側）に搭載された第１角速度センサ４１と、上部旋回体１２の運転室１２１内に搭載された第２角速度センサ４２と、上部旋回体１２の機械室１２３に収容された演算装置５と、下部走行体１１の側に設けられたレバー７０と、上部旋回体１２の側に設けられた第１〜第６近接スイッチ７１〜７６と、を備えている。

第１角速度センサ４１は、下部走行体１１の角速度（以下、「第１角速度ω１」とする）を検出するジャイロセンサ（角速度計）であり、センタジョイント６を介して演算装置５に電気的に接続されている。本実施形態では、第１角速度センサ４１は、センタジョイント６の軸Ｃ（図５参照）を中心に下部走行体１１が旋回した時の第１角速度ω１を検出する。

第２角速度センサ４２は、上部旋回体１２の角速度（以下、「第２角速度ω２」とする）を検出するジャイロセンサ（角速度計）であり、演算装置５に電気的に接続されている。

演算装置５は、第１角速度センサ４１の検出値である第１角速度ω１に基づいて、時間ｔにおける下部走行体１１の旋回角度Δｘ（以下、「第１旋回角度Δｘ」とする）を演算すると共に（Δｘ＝ω１×ｔ）、第２角速度センサ４２の検出値である第２角速度ω２に基づいて、時間ｔにおける上部旋回体１２の旋回角度Δｙ（以下、「第２旋回角度Δｙ」とする）を演算する（Δｙ＝ω２×ｔ）。

そして、演算装置５は、第１旋回角度Δｘ及び第２旋回角度Δｙに基づいて、下部走行体１１と上部旋回体１２との相対旋回角度θ（以下、単に「相対旋回角度θ」とする）を演算する。なお、演算装置５の具体的な機能構成については後述する。

第１〜第６近接スイッチ７１〜７６はそれぞれ、演算装置５と電気的に接続されており、相対旋回角度θが所定の角度になると、レバー７０の先端部に設けられたレバー片７０Ａを検出して検出信号を演算装置５に出力する。すなわち、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６はそれぞれ、検出対象としてのレバー片７０Ａを検出する検出素子の一態様である。図３では、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のうち、第１近接スイッチ７１及び第４近接スイッチ７４のみを示している。第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかから演算装置５に出力された検出信号に基づいて、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフトが補正される。

＜ドリフト補正について＞
次に、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフト補正について、図４Ａ及び図４Ｂならびに図５Ａ及び図５Ｂを参照して具体的に説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６とレバー片７０Ａとの位置関係の一部を示す図であり、図４Ａは第１近接スイッチ７１の位置とレバー片７０Ａの位置とが周方向においてずれている状態を示し、図４Ｂは第１近接スイッチ７１の位置とレバー片７０Ａの位置とが周方向において一致している状態を示している。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のうち第１近接スイッチ７１及び第４近接スイッチ７４のみを示す。

図５Ａ及び図５Ｂは、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６の配置の一例を示す模式図であり、図５Ａはレバー片７０Ａがセンタジョイント６の軸Ｃを中心に時計回りに回転する場合を示し、図５Ｂはレバー片７０Ａがセンタジョイント６の軸Ｃを中心に反時計回りに回転する場合を示している。

レバー片７０Ａは、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、センタジョイント６のスピンドル６２に接続された金属製のレバー７０の先端部に設けられており、下部走行体１１の旋回に伴って、センタジョイント６の軸Ｃを中心として時計回り又は反時計回りに回転する。このレバー片７０Ａは、旋回フレーム１２０に対向する面を有している。図４Ａ及び図４Ｂでは、レバー片７０Ａ（レバー７０）が軸Ｃを中心に時計回り（矢印Ｘの方向）に回転する様子を示している。

第１〜第６近接スイッチ７１〜７６は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、上部旋回体１２の旋回フレーム１２０に固定されており、上部旋回体１２の旋回に伴って、センタジョイント６の軸Ｃを中心として時計回り又は反時計回りに回転する。本実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６は、センタジョイント６の軸Ｃを中心とする同一円上にそれぞれ配置されている。

具体的には、図５Ａに示すように、第１近接スイッチ７１の位置を基準（相対旋回角度０°）とし、時計回りに、第２近接スイッチ７２が４５°の位置に、第３近接スイッチ７３が１３５°の位置に、第４近接スイッチ７４が１８０°の位置に、第５近接スイッチ７５が２２５°の位置に、第６近接スイッチ７６が３１５°の位置に、予めそれぞれ配置されている。

本実施形態では、検出素子として非接触式のスイッチである静電容量形や誘導形の近接スイッチを用いている。例えば、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６が静電容量形の近接スイッチである場合には、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のそれぞれとレバー片７０Ａとの間に生じる静電容量の変化を検出することにより、レバー片７０Ａが第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のうちのいずれかに近接していることを検出することができる。この場合、レバー片７０Ａには、金属や誘電体を用いる。第１〜第６近接スイッチ７１〜７６とレバー片７０Ａとは、両者の間において静電容量の変化が生じる範囲で、対向する位置に設けられている必要がある。

検出素子は、必ずしも近接スイッチである必要はなく、例えば、フォトカプラー等の光学式スイッチや、リミットスイッチやマイクロスイッチ等の機械式（接触式）スイッチを用いることも可能である。検出素子としてフォトカプラーを用いる場合、検出対象には、フォトカプラーの発光部から発射された光を受光部に向かって反射するための反射部材を用いる。また、検出素子としてマイクロスイッチを用いる場合、検出対象には、マイクロスイッチの接点をＯＮするための突起部等を用いる。

第１〜第６近接スイッチ７１〜７６はそれぞれ、レバー片７０Ａを検出すると演算装置５に検出信号を出力する。演算装置５は、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかから出力された検出信号に基づいて、演算した相対旋回角度θの値を、検出信号を出力した近接スイッチの位置に対応した所定の角度θｄに補正する。

前述したように、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２はジャイロセンサであるため、温度等の影響により検出値が時間とともに少しずつずれてしまう。すなわち、第１角速度センサ４１の検出値及び第２角速度センサ４２の検出値に基づいて演算される相対旋回角度θは、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフト発生により変動する値である。

そこで、演算装置５は、第１角速度センサ４１の検出値及び第２角速度センサ４２の検出値に基づいて演算される相対旋回角度θを、レバー片７０Ａが第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかの位置にきたときに、予め定められた第１〜第６近接スイッチ７１〜７６の位置に応じた所定の不変の角度θｄに補正する。これにより、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフトを補正（リセット）して、演算装置５で演算される相対旋回角度θの誤差を低減することができる。したがって、油圧ショベル１の作業が長時間に亘るものであっても、精度よく相対旋回角度を検出することが可能となる。

本実施形態では、レバー片７０Ａ（下部走行体１１）が上部旋回体１２に対して時計回り（図４Ａ及び図５Ａにおける矢印Ｘ方向）に回転した場合、又は第１〜第６近接スイッチ７１〜７６（上部旋回体１２）が下部走行体１１に対して反時計回りに回転した場合には、図５Ａに示すように、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６はそれぞれ、レバー片７０Ａを検出すると「正」の角度で検出信号を演算装置５に出力する。

反対に、レバー片７０Ａ（下部走行体１１）が上部旋回体１２に対して反時計回り（図５Ｂにおける矢印Ｙ方向）に回転した場合、又は第１〜第６近接スイッチ７１〜７６（上部旋回体１２）が下部走行体１１に対して時計回りに回転した場合には、図５Ｂに示すように、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６はそれぞれ、レバー片７０Ａを検出すると「負」の角度で検出信号を演算装置５に出力する。

なお、下部走行体１１及び上部旋回体１２のそれぞれの旋回が、時計回りであるか否か、反時計回りであるか否かの判断については、例えば、第１近接スイッチ７１、第２近接スイッチ７２、第３近接スイッチ７３・・・と、近接スイッチの番号が大きくなる場合は上部旋回体１２に対して下部走行体１１が時計回りに旋回したと判断し、第６近接スイッチ７６、第５近接スイッチ７５、第４近接スイッチ７４・・・と、近接スイッチの番号が小さくなる場合は上部旋回体１２に対して下部走行体１１が反時計回りに旋回したと判断する。

例えば、第５近接スイッチ７５がレバー片７０Ａを検出した場合、第４近接スイッチ７４がレバー片７０Ａを検出した後に第５近接スイッチ７５がレバー片７０Ａを検出すると、図５Ａに示すように、第５近接スイッチ７５は「２２５°」を検出信号として演算装置５に出力するが、第６近接スイッチ７６がレバー片７０Ａを検出した後に第５近接スイッチ７５がレバー片７０Ａを検出すると、図５Ｂに示すように、第５近接スイッチ７５は「−１３５°」を検出信号として演算装置５に出力することになる。

本実施形態では、油圧ショベル１は、６つの検出素子（第１〜第６近接スイッチ７１〜７６）を備えていたが、その数に特に制限はない。また、油圧ショベル１は、必ずしも複数の検出素子と１つの検出対象とを備えている必要はなく、１つの検出素子と複数の検出対象とを備えていてもよい。ただし、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフトをより精度よく補正するためには、検出素子及び検出対象の少なくとも一方を複数備えていることが好ましく、その場合には、複数の検出素子又は複数の検出対象は、センタジョイント６の軸Ｃの方向から見て、当該軸Ｃを中心とする同一円上に設ける必要がある。

＜演算装置５のハードウェア構成＞
次に、演算装置５のハードウェア構成について説明する。

演算装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、入力Ｉ／Ｆ、及び出力Ｉ／Ｆがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２や第１〜第６近接スイッチ７１〜７６等が入力Ｉ／Ｆに接続され、運転室１２１内に設けられたディスプレイ２５等が出力Ｉ／Ｆに接続されている。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ若しくは光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、演算装置５の機能を実現する。

なお、本実施形態では、演算装置５の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明しているが、これに限らず、油圧ショベル１の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いて構成してもよい。

＜演算装置５の機能構成＞
次に、演算装置５の機能構成について、図６及び図７を参照して説明する。

図６は、演算装置５が有する機能を示す機能ブロック図である。図７は、演算装置５で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

演算装置５は、図６に示すように、データ取得部５１と、演算部５２と、補正部５３と、記憶部５４と、表示信号出力部５５と、を含む。

データ取得部５１は、イグニッションスイッチ８１のＯＮ／ＯＦＦ信号、エンジン８２の始動／停止信号、第１角速度センサ４１で検出された第１角速度ω１、第２角速度センサ４２で検出された第２角速度ω２、及び第１〜第６近接スイッチ７１〜７６から出力された検出信号に関するデータを取得する。

演算部５２は、第１角速度ω１及び第２角速度ω２に基づいて第１旋回角度Δｘ及び第２旋回角度Δｙを演算した上で、第１旋回角度Δｘ及び第２旋回角度Δｙに基づいて相対旋回角度θを演算する。

補正部５３は、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかがレバー片７０Ａを検出して検出信号を出力したときに、すなわち当該検出信号がデータ取得部５１に入力された場合に、演算部５２で演算された相対旋回角度θの値をレバー片７０Ａと第１〜第６近接スイッチ７１〜７６とによって予め定まった不変の所定の角度θｄに補正する。例えば、第３近接スイッチ７３がレバー片７０Ａを検出した場合、補正部５３は、演算部５２で演算した相対旋回角度θを１３５°又は−２２５°に補正する（図５Ａ及び図５Ｂ参照）。

記憶部５４は、第１角速度ω１及び第２角速度ω２がそれぞれ０となったとき（ω１＝０かつω２＝０）に逐次、演算部５２で演算された相対旋回角度又は補正部５３で補正された相対旋回角度（θｄ）を記憶（更新）する。記憶部５４に逐次記憶された相対旋回角度θは、油圧ショベル１の電気系統がオフからオンに切り換わったときに、直近の相対旋回角度θが読み出され、演算部５２における相対旋回角度θの演算に用いられる。

表示信号出力部５５は、演算部５２で演算された相対旋回角度又は補正部５３で補正された相対旋回角度を新たな相対旋回角度θとして、ディスプレイ２５に表示信号を出力する。

次に、演算装置５内で実行される具体的な処理の流れについて、図７を参照して説明する。

図７に示すように、イグニッションスイッチ８１がオンになり、エンジン８２が始動すると（ステップＳ５０１）、演算装置５は、記憶部５４に記憶されている直近の相対旋回角度θを読み出す（ステップＳ５０２）。なお、イグニッションスイッチ８１がオンになると、油圧ショベル１の電気系統がオフからオンに切り換わって演算装置５も起動するため、演算装置５は、必ずしもエンジン８２が始動してから前回（直近）の相対旋回角度θを読み出す必要はない。

演算装置５は、操作レバー２２Ｌ，２２Ｒ、走行ペダル２３Ｌ，２３Ｒ、及び走行レバー２４Ｌ，２４Ｒの少なくともいずれかの操作がなされ、下部走行体１１や上部旋回体１２が旋回しているかどうかを判断する（ステップＳ５０４）。

ステップＳ５０４において、下部走行体１１及び上部旋回体１２がいずれも旋回していない場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）には、ステップＳ５０４に戻る。ステップＳ５０４において、下部走行体１１又は上部旋回体１２のいずれかが旋回している場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）には、演算部５２は、データ取得部５１で取得した第１角速度ω１及び第２角速度ω２に基づいて、第１旋回角度Δｘ（＝第１角速度ω１×時間ｔ）及び第２旋回角度Δｙ（＝第２角速度ω２×時間ｔ）を演算する（ステップＳ５０５）。

次に、演算部５２は、ステップＳ５０２で読み出した直近の相対旋回角度θ、ならびにステップＳ５０５で演算した第１旋回角度Δｘ及び第２旋回角度Δｙに基づいて、新たな相対旋回角度θを演算する（ステップＳ５０６）。具体的には、演算部５２は、記憶部５４に記憶されている直近の相対旋回角度θに第１旋回角度Δｘと第２旋回角度Δｙとの差分を足し合わせて新たな相対旋回角度θを算出する（θ＝θ＋（Δｘ−Δｙ））。

次に、演算装置５は、データ取得部５１に対して、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかから検出信号の入力があるかどうかを判断する（ステップＳ５０７）。

ステップＳ５０７において、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかから検出信号の入力がある場合（ステップＳ５０７／ＹＥＳ）には、補正部５３は、演算部５２で演算された相対旋回角度θの値を所定の角度θｄに補正する（θ←θｄ）。このとき、時間ｔもリセット（ｔ←０）する（ステップＳ５０８）。

そして、表示信号出力部５５は、補正部５３で補正された相対旋回角度θ（θｄ）を新たな相対旋回角度θとして表示信号をディスプレイ２５に出力する（ステップＳ５０９）。

ステップＳ５０７において、第１〜第６近接スイッチ７１〜７６のいずれかから検出信号の入力がない場合（ステップＳ５０７／ＮＯ）には、表示信号出力部５５は、演算部５２で演算された相対旋回角度θを新たな相対旋回角度θとして表示信号をディスプレイ２５に出力する（ステップＳ５０９）。なお、本実施形態では、ステップＳ５０７において表示信号出力部５５がディスプレイ２５に出力する表示信号は、相対旋回角度θを画像に変換した信号である。

次に、演算装置５は、第１角速度ω１及び第２角速度ω２がそれぞれ０（ω１＝０かつω２＝０）であるかどうかを判断する（ステップＳ５１０Ａ）。ステップＳ５１０Ａにおいて、少なくとも第１角速度ω１及び第２角速度ω２のうちの一方が０でない（ω１≠０かつω２＝０，ω１＝０かつω２≠０，ω１≠０かつω２≠０）場合（ステップＳ５１０Ａ／ＮＯ）には、ステップＳ５０５に戻る。

ステップＳ５１０Ａにおいて、第１角速度ω１及び第２角速度ω２がそれぞれ０である（ω１＝０かつω２＝０）場合（ステップＳ５１０Ａ／ＹＥＳ）、すなわち下部走行体１１及び上部旋回体１２が共に停止した時には、記憶部５４は、ステップＳ５０８でディスプレイ２５に出力した表示信号に対応する相対旋回角度θを記憶（２回目以降は更新）する（ステップＳ５１０Ｂ）。

そして、エンジン８２が停止した場合（ステップＳ５１１／ＹＥＳ）には、演算装置５内における処理が終了し、エンジン８２が停止しない場合（ステップＳ５１１／ＮＯ）には、ステップＳ５０２に戻り、エンジン８２が停止するまで（ステップＳ５１１／ＹＥＳ）繰り返す。

このように、油圧ショベル１では、演算装置５が、下部走行体１１の角速度（第１角速度ω１）及び上部旋回体１２の角速度（第２角速度ω２）に基づいて、下部走行体１１と上部旋回体１２との相対旋回角度θを演算している。下部走行体１１の角速度を検出する第１角速度センサ４１は、下部走行体１１に搭載されていればその場所について特に制約はない。同様に、上部旋回体１２の角速度を検出する第２角速度センサ４２は、本実施形態では運転室１２１内に設けられているが、上部旋回体１２に搭載されていればその場所について特に制約はない。したがって、相対旋回角度を検出するために用いるセンサを配置する場所の自由度を広げることが可能である。

また、演算装置５では、記憶部５４が、下部走行体１１及び上部旋回体１２が共に停止したとき、すなわち油圧ショベル１の旋回動作が停止したとき（第１角速度ω１＝０かつ第２角速度ω２＝０の場合）に逐次、演算部５２で演算された相対旋回角度又は補正部５３で補正された相対旋回角度を記憶しているため、エンジン８２が停止する度に、演算された相対旋回角度がリセットされて（ゼロ点となる）しまうといった問題を解消することができる。

そして、次に油圧ショベル１の電気系統がオフからオンに切り換わったときには、演算部５２は、単に相対旋回角度の変化量（Δｘ−Δｙ）を演算するのではなく、前回（直近）の旋回動作時の相対旋回角度を基準として加減算して新たな相対旋回角度を演算する（θ＝θ＋（Δｘ−Δｙ））ため、下部走行体１１及び上部旋回体１２の絶対位置をそれぞれ検出することができる。

＜ディスプレイ２５の表示について＞

次に、ディスプレイ２５に表示される画像について、図８を参照して説明する。

図８は、油圧ショベル１の走行方向及び上部旋回体の向きを示す画像の例を説明する図である。

図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、ディスプレイ２５には、上から見た状態の油圧ショベル１のアイコンが表示される。このアイコンは、下部走行体１１及び上部旋回体１２の動作に合わせて変化し、具体的には、下部走行体１１の向き（すなわち、油圧ショベル１の走行方向）、及び上部旋回体１２の向き（すなわち、油圧ショベル１の旋回方向）を表示する。なお、油圧ショベル１の走行方向は三角印（▲）で表示される。

油圧ショベル１の走行方向は、第１角速度センサ４１で検出された第１角速度ω１に基づいて演算された第１旋回角度Δｘによって決まり、上部旋回体１２の旋回方向は、第２角速度センサ４２で検出された第２角速度ω２に基づいて演算された第２旋回角度Δｙによって決まる。ただし、第１角速度センサ４１及び第２角速度センサ４２のドリフト補正が行われた場合には、油圧ショベル１の走行方向及び上部旋回体１２の旋回方向は、演算装置５の補正部５３で補正された値に基づいて決まる。

図８（ａ）では、走行方向が前方であり、上部旋回体１２は基準位置（図８内に示す０°の位置）から旋回していない状態（相対旋回角度θ＝０°）を表示している。すなわち、上部旋回体１２は、下部走行体１１と同様に前方を向いている。図８（ｂ）では、走行方向が前方であり、上部旋回体１２は基準位置から時計回りに９０°（反時計回りに−２７０°）旋回した状態（相対旋回角度θ＝９０°又は−２７０°）を表示している。すなわち、上部旋回体１２は、下部走行体１１に対して右方を向いている。

図８（ｃ）では、走行方向が前方であり、上部旋回体１２は基準位置から時計回りに１８０°（反時計回りに−１８０°）旋回した状態（相対旋回角度θ＝１８０°又は−１８０°）を表示している。すなわち、上部旋回体１２は、下部走行体１１に対して後方を向いている。図８（ｄ）では、走行方向が前方であり、上部旋回体１２は基準位置から時計回りに２７０°（反時計回りに−９０°）旋回した状態（相対旋回角度θ＝２７０°又は−９０°）を表示している。すなわち、上部旋回体１２は、下部走行体１１に対して左方を向いている。

ここで、油圧ショベル１が、例えば、下部走行体１１の高さが地上２ｍ以上、上部旋回体１２も含めた車両全体の高さが地上７ｍを越す大型油圧ショベルである場合には、運転室１２１内のオペレータからクローラ１１１が見えづらく走行方向が分からないことがある。

しかしながら、本実施形態では、演算装置５が相対旋回角度θに基づいて画像変換処理を行った上でディスプレイ２５に表示信号を出力し、ディスプレイ２５が走行方向及び旋回方向をアイコンで表示するため、オペレータは油圧ショベル１の走行方向及び旋回方向を視覚的に確認することができ、操作がしやすくなる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１角速度センサ４１は第１角速度ω１を検出して、演算装置５が第１角速度ω１に基づいて第１旋回角度Δｘの演算を行っていたが、これに限らず、第１角速度センサ４１が、検出した第１角速度ω１に基づいて、内部に搭載されたＣＰＵによって第１旋回角度Δｘの演算を行い、演算装置５に対して第１旋回角度Δｘを出力してもよい。なお、第２角速度センサ４２についても同様である。すなわち、演算部５２において演算される相対旋回角度θは、第１角速度ω１及び第２角速度ω２に基づいて演算されていればよい。

また、上記実施形態では、検出素子（第１〜第６近接スイッチ７１〜７６）が上部旋回体１２の側に設けられ、レバー片７０Ａが下部走行体１１の側に設けられていたが、必ずしもその必要はなく、検出素子が下部走行体１１の側に設けられ、レバー片７０Ａが上部旋回体１２の側に設けられていてもよい。すなわち、検出素子は、下部走行体１１及び上部旋回体１２のうちの一方の側に設けられ、レバー片７０Ａは、下部走行体１１及び上部旋回体１２のうちの他方の側に設けられていればよい。

また、上記実施形態では、センタジョイント６を介して旋回可能に連結された下部走行体１１と上部旋回体１２との相対的な旋回角度を検出したが、これに限らず、作業機械において互いに回動自在に連結された第１基材と第２基材との相対的な回動角度（相対回動角度）を検出するものであってもよい。例えば、ブーム３１とアーム３２との相対回動角度やアーム３２とバケット３３との相対回動角度を検出してもよい。

１：油圧ショベル（作業機械）
５：演算装置
６：センタジョイント
１１：下部走行体（第１基材）
１２：上部旋回体（第２基材）
４１：第１角速度センサ
４２：第２角速度センサ
７０Ａ：レバー片（検出対象）
７１〜７６：第１〜第６近接スイッチ（検出素子）
Ｃ：軸
θ：相対旋回角度（相対回動角度）

Claims (3)

1. 互いに回動自在に連結された第１基材及び第２基材を備えた作業機械であって、
   前記第１基材に搭載されて、前記第１基材の角速度を検出する第１角速度センサと、
   前記第２基材に搭載されて、前記第２基材の角速度を検出する第２角速度センサと、
   前記第１基材及び前記第２基材のうちの一方の側に設けられた検出対象と、
   前記第１基材及び前記第２基材のうちの他方の側に設けられ、前記検出対象を検出する検出素子と、
   演算装置と、を有し、
   前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度が所定の角度になると、前記検出素子は前記検出対象を検出して検出信号を出力し、
   前記演算装置は、
   前記第１角速度センサの検出値及び前記第２角速度センサの検出値に基づいて、前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度を演算する演算部と、
   前記検出素子が前記検出対象を検出して前記検出信号を出力したときに、前記演算部で演算された相対回動角度の値を前記所定の角度に補正する補正部と、
   前記第１角速度センサの検出値及び前記第２角速度センサの検出値がそれぞれ０となったときに逐次、前記演算部で演算された相対回動角度又は前記補正部で補正された相対回動角度を記憶する記憶部と、を含み、
   前記演算部は、前記作業機械の電気系統がオフからオンに切り換わったときに前記記憶部に記憶されている直近の相対回動角度を読み出して、前記第１基材と前記第２基材との相対回動角度の演算に用いる
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械であって、
   前記第１基材は、下部走行体であり、
   前記第２基材は、前記下部走行体にセンタジョイントを介して旋回可能に連結された上部旋回体である
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械であって、
   前記検出対象及び前記検出素子の少なくとも一方は、前記センタジョイントの軸方向から見て当該軸を中心とする同一円上に複数設けられている
   ことを特徴とする作業機械。